数控机床全部或部分丧失了规定的功能的现象称为数控机床的故障。

数控机床是机电一体化的产物,技术先进,结构复杂。数控机床的故障种类繁多,故障原因一般比较复杂,给数控机床的故障诊断和维修带来了很多困难。为了便于机床的故障分析和诊断,本节根据故障的性质、产生故障的原因和故障发生的部位,将数控机床的故障大致分为以下几类。

1、根据数控机床故障的性质分类。

(1)系统故障

这种故障是指只要满足一定条件,机床或数控系统就不可避免的故障。比如电网电压过高或过低,系统会产生电压过高或过低的报警;当切割量过大时,会产生过载报警。

比如采用SINUMERIK810系统的数控机床,在加工过程中有时会自动关闭电源,重启后还能正常工作。根据系统的工作原理和故障现象,怀疑故障原因是系统电源电压波动。测量系统电源模块上的24V输入电源后,发现机床工作时约为22.3V,这个电压仍然向下波动,特别是切削量较大时,压降较大,有时接近21V。此时系统自动关闭电源,关机。为了解决这个问题,更换大容量的24V电源变压器,彻底排除这个故障。

(2)随机故障

这种故障是指在相同条件下偶尔出现一两次的故障。人为重现同样的故障并不容易,有时候很久都很难再遇到。这种故障的分析和诊断比较困难。一般这类故障往往与机械结构的松动、错位,数控系统中某些部件工作特性的漂移,机床电气元件可靠性的下降有关。

比如一台数控沟槽磨床,在加工过程中偶尔会出现问题,磨削沟槽位置发生变化,造成废品。本文分析了该机床的工作原理。磨削时,首先测量臂向下摆动到工件的夹紧位置,然后工件开始移动。当工件的基准端面接触到测量头时,数控装置记录下此时的位置数据,然后测量臂抬起,加工程序继续运行。数控装置根据端面的位置数据,在离端面一定距离的地方磨削凹槽,所以凹槽位置的不准确与测量的精度有很大的关系。因为不经常发生,所以很难观察到故障现象。因此,根据机床的工作原理,在检查测头时没有发现任何问题。检查测量臂转动时,发现转轴有点紧,可能是测量臂有时不准,导致测量误差。拆下转轴,检查已严重磨损,制作新的备件,更换后此故障不再发生。

2.按故障类型分类

根据机床故障的类型,故障可分为机械故障和电气故障。

(1)机械故障

这类故障主要发生在机床的主机部分,也可分为机械部件故障、液压系统故障、气动系统故障和润滑系统故障等。

例如,当带有SINUMERIK 810系统的数控淬火机床转回参考点并沿X轴移动时,会出现报警1680“servoenabletrav。Axisx”出现,手动沿X轴移动时也会出现此警报。检查伺服装置,发现有过载报警指示。根据西门子的说明,该故障的原因可能是机械负荷过大、伺服控制电源有问题、伺服电机故障等。基于机械先电的原理,先检查X轴滑台,手动移动X轴滑台。发现很重,盘面不动,说明机械部分有问题。拆下X轴滚珠丝杠进行检查,发现滚珠丝杠被腐蚀。原来是滑台密封不好,淬火液进入了滚珠丝杠,造成了滚珠丝杠的腐蚀。将滚珠丝杠换成新的,故障就排除了。

(2)电气故障

电气故障是指电气控制系统的故障,主要包括数控装置、PLC控制器、伺服单元、CRT显示器、电源模块、机床控制元件、检测开关等的故障。这部分故障是数控机床的常见故障,应引起足够的重视。

3、根据数控机床故障有无报警显示分类。

根据故障发生后是否有报警显示,分为报警显示故障和无报警显示故障两类。

(1)有一个报警显示故障。

这类故障可分为硬件报警显示和软件报警显示。

1)硬件报警显示故障。硬件报警显示通常指各单元设备上指示灯的报警指示。在数控系统中,有许多指示器用来指示故障位置,如控制系统操作面板、CPU主板、伺服控制单元等位置。一旦数控系统中的这些指示灯指示了故障状态,就可以根据相应位置上指示灯的报警含义大致判断出故障的位置和性质,这无疑会给故障分析和诊断带来很大的好处。因此,维护人员在日常维护和故障排除时应注意检查这些指示灯的状态是否正常。

2)软件报警显示故障。软件报警显示通常指数控系统显示器上显示的报警号和信息。由于数控系统具有自诊断功能,一旦检测到故障,将根据故障等级进行处理,并在显示器上显示报警号和信息。

软件报警可分为NC报警和PLC报警。前者是数控部分的故障报警。通过报警号,可以在数控系统维护手册中找到该报警的原因及如何处理,从而确定故障的可能原因。后一种PLC报警的报警信息来自机床厂家编制的报警文本,大部分属于机床侧的故障报警。出现这种故障时,可以根据报警信息或PLC用户程序进行故障诊断。

(2)无报警显示的故障

这种故障发生时,没有硬件或软件报警显示,分析诊断困难。对于没有报警的故障,通常需要具体问题具体分析。遇到此类问题,应根据故障现象、机床工作原理、数控系统工作原理、PLC梯形图和维修经验进行故障分析和诊断。

比如数控淬火机床,经常会自动关闭电源,停一会儿还能工作。分析一下机床的工作原理,这个故障的原因是系统保护功能起作用,所以先检查一下系统的电源电压是24V,没有问题。在检查系统的冷却装置时,发现冷却风扇的滤网堵塞,故障发生时恰好是夏天。系统因温度过高自动停机,更换滤网,机床恢复正常使用。

再比如德国SINUMERIK 810系统的数控沟槽磨床,在自动磨削工件和修整砂轮时,带动砂轮Z轴向上运动。停止后,砂轮修整器停止自动循环,而不是修整砂轮,但屏幕上没有报警指示。根据机床的工作原理,修整砂轮时,要喷射冷却液来冷却砂轮修整器。但在多次观察故障过程后,发现并没有切削液喷出。切削液电磁阀控制原理图如图所示。出现故障时,利用数控系统的PLC状态显示功能观察和控制切削液喷射电磁阀的输出Q4.5,其状态为“1”。没有问题。根据电气原理图,它通过DC继电器K45控制电磁阀,检查DC继电器K45没有问题。然后检查电磁阀,发现电磁阀的线圈上有电压,说明问题出在电磁阀上。更换电磁阀,机床故障排除。

4、根据故障位置分类

根据机床故障的位置,故障可分为以下几类:

(1)数控装置的故障

数控装置的故障可分为软件故障和硬件故障。

1)软件故障。有些机床故障是由于加工编程错误造成的,有些故障是由于机床数据设置不当造成的,属于软件故障。只要找到故障原因并进行修改,这种故障就会消除。

2)硬件故障。有些机床故障是由控制系统中的硬件问题引起的,这些故障只有在更换损坏的设备或维修后才能排除。

例如,如果一台CNC冲床出现故障,屏幕不显示,请检查机床控制系统电源模块的24V输入电源。没有问题,NC-ON信号正常,但是电源模块上没有5V电压,说明电源模块损坏,维修后机床恢复正常使用。

(2)2)PLC部分的故障

PLC的局部故障也可分为软件故障和硬件故障。

1)软件故障。因为PLC用户编程的问题,当数控机床满足一定条件时,就会出现故障。另外,PLC用户程序编程不好,经常会出现一些机床侧故障没有报警,所以PLC用户程序要尽量编程完善。

2)硬件故障。PLC输入输出模块问题引起的故障属于硬件故障。有时个别输入输出端口出现故障,可以通过修改PLC程序,用备用接口替换故障接口来排除故障。

比如在德国使用SIEMENS810系统的数控磨床上,无法连续进行自动加工。磨削完一个工件后,主轴砂轮不返回修整,自动循环停止。分析机床的工作原理。机床的工作状态由机床操作面板上的拨动开关设定。拨动开关连接到PLC的输入E7.0,通过使用数控系统的PLC状态显示功能检查其状态。但是无论你怎么拨动拨动开关,它的状态总是“0”不变,但是检查开关没有发现问题。将开关的连接线连接到PLC的备用输入接口E3.0。此时观察这种状态的变化,正常跟随拨动开关的变化。没有问题,证明PLC的输入接口E7.0损坏,因为手头没有备件,把拨动开关接到PLC的E3.0输入接口,然后通过编程器把PLC程序里的E7.0全部改成E3.0,机床就恢复正常使用了。

(3)伺服系统故障

伺服系统的故障通常是由伺服控制单元、伺服电机、测速装置和编码器的问题引起的。

例如,一台数控车床使用FANUC 0iTC系统,系统中出现417报警。报警信息为“伺服报警:第2轴参数不正确”。在检查伺服系统的参数设置后,发现参数No。:2023已被修改为负值。(该参数是电机一次旋转中速度反馈脉冲的数量)。修改该参数以释放系统警报。

(4)机床主要部件的故障

这些故障大多是由外部原因引起的,如机械装置不充分、液压系统有问题、检查开关损坏和驱动装置有问题。由于各种原因,主轴、导轨、丝杠、轴承、刀库等。会出现失准、爬行、超载等问题。这些问题经常引起数控系统的报警。因此,数控系统的故障判断是一个综合问题。

5、按故障程度分类。

根据故障发生时的破坏程度,分为破坏性故障和非破坏性故障。

(1)破坏性故障

此类故障的发生会对操作人员或设备造成伤害或损坏,如超程运行、超速、部件碰撞等。

例如,在数控车床的正常加工过程中,发生破坏性故障后,刀具撞击工件,造成重大损失。经过仔细分析,发现返回参考点是错误的。经过仔细分析,发现行程开关(挡块)的位置与电子网格的位置重合,这(偶尔)会造成Z向进给中多了一个电子网格,从而造成刀具工件碰撞的破坏性故障。移动行程开关的位置,圆满解决问题。

(2)无损失效

数控机床的大多数故障都属于这种故障,不会对机床和操作人员造成任何伤害。因此,在诊断这类故障时,可以再现故障,仔细观察故障现象,通过故障现象分析诊断故障。

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